Одним из самых важных вопросов в энергетике была и остается водоподготовка на ТЭЦ. Для предприятий энергетики вода - основной источник их работы и потому к ее содержанию предьявляются очень высокие требования. Поскольку Россия - страна с холодным климатом, постоянными сильными морозами, то работа ТЭЦ - это, то от чего зависит жизнь людей. Качество воды, подаваемой на теплоэгергоцентраль влияет очень сильно на ее работу. Жесткая вода выливается в очень серьезную проблему для паровых и газовых котельных, а также паровых турбин ТЭЦ, которые обеспечивают город теплом и горячей водой. Чтобы четко понимать, как и на что именно отрицательно влияет жесткая вода, не мешало бы сперва разобраться, что такое ТЭЦ? И с чем ее "едят"? Итак, ТЭЦ - теплоэнергоцентраль - это разновидность тепловой станции, которая не только обеспечивает теплом город, но и поставляет в наши дома и на предприятия горячую воду. Такая электростанция устроена как конденсационная электростанция, но отличается от нее тем, что может отобрать часть теплового пара, уже после того, как он отдал свою энергию.
Паровые турбины бывают разными. В зависимости от вида турбины и отбирается пар с различными показателями. Турбины на энергоцентрали позволяют регулировать количество отбираемого пара. Пар, который был отобран, проходит конденсацию в сетевом подогревателе или подогревателях. Вся энергия из него передается сетевой воде. Вода в свою очередь идет на пиковые водогрейные как котельные, так и тепловые пункты. Если на ТЭЦ перекрываются пути отбора пара, она становится обычной КЭС. Таким образом, теплоэнергоцентраль может работать по двум различным графикам нагрузки:
- · тепловой график - прямопропорциональная зависимость электрической нагрузки от тепловой;
- · электрический график - тепловой нагрузки либо нет вообще, либо электрическая нагрузка от нее не зависит. Достоинство ТЭЦ состоит в том, что она совмещает как тепловую энергию, так и электрическую. В отличии от КЭС, оставшееся тепло не пропадает, а идет на отопление. В результате растет коэффициент полезного действия электростанции. У водоподготовки на ТЭЦ он составляет 80 процентов против 30 процентов у КЭС. Правда, об экономичности теплоэнергоцентрали это не говорит. Здесь в цене другие показатели - удельная выработка электричества и КПДцикла. К особенностям расположения ТЭЦ следует отнести тот факт, что строить ее следует в черте города. Дело в том, что передача тепла на расстояния нецелесообразна и невозможна. Поэтому водоподготовка на ТЭЦ всегда строят рядом с потребителями электроэнергии и тепла. Из чего состоит оборудование водоподготовки для ТЭЦ? Это турбины и котлы. Котлы производят пар для турбин, турбины из энергии пара производят энергию электричества. Турбогенератор включает в себя паровую турбину и синхронный генератор. Пар в турбинах получают за счет применения мазута и газа. Эти вещества и нагревают воду в котле. Пар под давлением прокручивает турбину и на выходе получается электроэнергия. Отработанный пар поступает в дома в виде горячей воды для бытовых нужд. Потому то, отработанный пар и должен иметь определенные свойства. Жесткая вода со множеством примесей не даст получить качественный пар, который к тому же можно потом поставить людям для использования в быту. Если пар не отправляют на поставку горячей воды, то его тут же в ТЭЦ охлаждают в градирнях. Если вы видели когда-нибудь огромные трубы на тепловых станциях и как их них валит дым, то это и есть градирни, а дым, вовсе не дым, а пар, который подымается от них, когда происходит конденсация и охлаждение. Как работает водоподготовка на ТЭ? Больше всего влиянию жесткой воды здесь поддается турбина и, конечно же, котлы, которые преобразовывают воду в пар. Главная задача любой ТЭЦ получить в котле чистую воду. Чем так плоха жесткая вода? Каковы ее последствия и почему они обходятся нам так дорого? Жесткая вода отличается от обычной высоким содержанием солей кальция и магния. Именно эти соли под воздействием температуры оседают на нагревательном элементе и стенках бытовых приборов. То же относится и к паровым котлам. Накипь образовывается в месте нагрева и точке кипения по краям самого котла. Удаление накипи в теплообменнике в таком случае затруднено, т.к. накипь нарастает на огромном оборудовании, внутри труб, всевозможных датчиков, систем автоматизации. Промывка котла от накипи на таком оборудовании - это целая многоэтапная система, которая может даже проводится при разборе оборудования. Но это в случае высокой плотности накипи и больших ее залежей. Обычное средство от накипи в таких условиях конечно не поможет. Если говорить о последствиях жесткой воды для быта, то это и влияние на здоровье человека и удорожание использования бытовых приборов. К тому же жесткая вода очень плохо контактирует с моющими средствами. Вы станете использовать на 60 процентов больше порошка, мыла. Расходы будут расти как на дрожжах. Умягчение воды потому и было придумано, чтобы нейтрализовать жесткую воду, ставишь себе в квартиру один умягчитель воды и забываешь, что есть очистка от накипи, средство от накипи.
Накипь отличается еще и плохой теплопроводимостью. Этот ее недостаток главная причина поломок дорогой бытовой техники. Покрытый накипью тепловой элемент просто перегорает, силясь отдать тепло воде. Плюс из-за плохой растворимости моющих средств, стиральную машинку нужно дополнительно включать на полоскание. Это расходы воды, электричества. С любой стороны, умягчение воды - самый верный и экономически выгодный вариант предотвращения образования накипи. А теперь представьте что такое водоподготовка на ТЭЦ в промышленных масштабах? Там средство от накипи используется галлонами. Промывка котла от накипи проводится периодически. Бывает регулярной и ремонтной. Чтобы удаление накипи проходило более безболезненно и нужна водоподготовка. Она поможет предотвратить образование накипи, защитит и трубы и оборудование. С ней жесткая вода не будет оказывать свое разрушительное воздействие в таких угрожающихмасштабах. Если говорить о промышленности и энергетике, то больше всего жесткая вода приносит неприятностей ТЭЦ и котельным. То есть в тех областях, где происходит непосредственно водоподготовка и нагрев воды и перемещение этой теплой воды по трубам водоснабжения. Умягчение воды здесь необходимо, как воздух. Но поскольку водоподготовка на ТЭЦ это работа с огромными обьемами воды, водоподготовка должна быть тщательно просчитана и продумана с учетом всевозможным нюансов. От анализа химического состава воды да места расположения того или иного умягчителя воды. В ТЭЦ водоподготовка - это не только умягчитель воды, это еще и обслуживание оборудования после. Ведь удаление накипи все равно в этом производственном процессе придется делать, с определенной периодичностью. Здесь применяется не одно средство от накипи. Это может быть и муравьиная кислота, и лимонная, и серная. В различной концентрации, обязательно в виде раствора. И применяют тот или иной раствор кислот в зависимости от того из каких составных частей сделан котел, трубы, контроллер и датчики. Итак, на каких обьектах энергетики нужна водоподготовка? Это котельные станции, котлы, это тоже часть ТЭЦ, водонагревательные установки, трубопроводы. Самыми слабыми местами и ТЭЦ в том числе, остаются трубопроводы. Накапливающаяся здесь накипь может привести и к истощению труб и их разрыву. Когда накипь не удаляется во время, то она просто не дает воде нормально проходить по трубам и перегревает их. Наряду с накипью второй проблемой оборудования в ТЭЦ является коррозия. Ее также нельзя спускать на самотек. К чему может привести толстый слой накипи в трубах, которые подводят воду на ТЭЦ? Это сложный вопрос, но ответим на него мы теперь зная, что такое водоподготовка на ТЭЦ. Поскольку накипь - отменный теплоизолятор, то и расход тепла резко растет, а теплоотдача наоборот снижается. КПД котельного оборудования падает в разы, все это в результате может привести и к разрыву труб и взрыву котла.
Водоподготовка воды на ТЭЦ, это то, на чем нельзя экономить. Если в быту, вы все же подумаете, купить ли умягчитель воды или выбрать средство от накипи, то для теплового оборудования такой торг недопустим. На теплоэнергоцентралях подсчитывают каждую копейку, поэтому очистка от накипи при отсутствии системы умягчения обойдется куда дороже. Да и сохранность приборов, их долговечность и надежная эксплуатация тоже играют свою роль. Очищенное от накипи оборудование, трубы, котлы работают на 20-40 процентов эффективнее, чем оборудование не прошедшее очистку или работающее без системы умягчения. Главная особенность водоподготовки воды на ТЭЦ состоит в том, что здесь требуется глубоко обессоленная вода. Для этого нужно использовать точное автоматизированное оборудование. На таком производстве чаще всего применяют установки обратного осмоса и нанофильтрации, а также электродеионизации. Какие этапы включает в себя водоподготовка в энергетике в том числе и на теплоэнергцентрали? Первый этап включает в себя механическую очистку от всевозможных примесей. На этом этапе из воды удаляются все взвешенные примеси, вплоть до песка и микроскопических частиц ржавчины и т.п. Это так называемая грубая очистка. После нее вода выходит чистой для глаз человека. В ней остаются только растворенные соли жесткости, железистые соединения, бактерии и вирусы и жидкие газы.
Разрабатывая систему водоподготовки воды нужно учитывать такой нюанс, как источник водопоставки. Это водопроводная вода из систем централизованного водоснабжения или это вода из первичного источника? Разница в водоподготовке состоит в том, что вода из систем водоснабжения уже прошла первичную очистку. Из нее нужно убирать только соли жесткости, и обезжелезивать при необходимости. Вода из первичных источников - это вода абсолютно не обработанная. То есть, имеем дело с целым букетом. Здесь обязательно нужно проводить химический анализ воды, чтобы понимать с какими примесями имеем дело и какие фильтры ставить для умягчения воды и в какой последовательности. После грубой очистки в системе идет следующий этап под названием ионообменное обезсоливание. Здесь устанавливают ионообменный фильтр. Работает на основе ионообменных процессов. Главный элемент - ионообменная смола, которая включает в себя натрий. Он образует со смолой непрочные соединения. Как только жесткая вода на ТЭЦ попадает в такой умягчитель, то соли жесткости мгновенно выбивают натрий из структуры и прочно встают на его место. Восстанавливается такой фильтр очень просто. Картридж со смолой перемещается в бак регенерации, где находится насыщенный соляной раствор. Натрий снова занимает свое место, а соли жесткости вымываются в дренаж. Следующий этап - это получение воды с заданными характеристиками. Здесь применяют установку водоподготовки воды на ТЭЦ. Главное ее достоинство - получение 100-процентно чистой воды, с заданными показателями щелочности, кислотности, уровнем минерализации. Если предприятию нужна техническая вода, то установка обратного осмоса создавалась именно на такие случаи.
Главной составляющей частью этой установки является полунепроницаемая мембрана. Селективность мембраны меняется, в зависимости от ее сечения можно получить воду с разными характеристиками. Эта мембрана разделяет бак на два части. В одной части находится жидкость с высоким содержанием примесей, в другой части жидкость с низким содержанием примесей. Воду запускают в высококонцентрированный раствор, она медленно просачивается через мембрану. На установку подается давление, под воздействием его вода останавливается. Потом давление резко увеличивают, и вода начинает течь обратно. Разность этих давлений называют осматическим давлением. На выходе получается идеально чистая вода, а все отложения остаются в менее концентрированном растворе и выводятся в дренаж.
Нанофильтрация по сути тот же обратный осмос, только низконапорный. Поэтому принцип действия тот же, только напор воды меньше. Следующий этап - устранение из воды, растворенных в ней газов. Поскольку в ТЭЦ нужен чистый пар без примесей, очень важно удалить из воды, растворенные в ней кислород, водород и углекислый газ. Устранение примесей жидких газов в воде называется декарбонацией и деаэрацией. После этого этапа вода готова для подачи в котлы. Пар получается именно той концентрации и температуры, которая необходима.
Как видно, из всего вышеописанного, водоподготовка воды в ТЭЦ - один самых главных составляющих производственного процесса. Без чистой воды, не будет качественного хорошего пара, а значит, не будет электричества в нужном обьеме. Поэтому водоподготовкой в теплоэнергоцентралях нужно заниматься плотно, доверять эту службу исключительно профессионалам. Правильно спроектированная система водоподготовки - это гарантия долгосрочной службы оборудования и получения качественных услуг энергопоставок.
В нашей стране основная часть вырабатываемой электроэнергии (83 %) приходится на ТЭС на органическом и ядерном топливе.
Рост выработки электрической энергии обусловлен не только введением новых мощностей, но и надежностью, бесперебойной работой действующего оборудования. ТЭЦ и ТЭС в настоящее время работают в основном на высоких и сверхвысоких параметрах, растут единичные мощности агрегатов на ТЭС и ТЭЦ и в целом, мощности электростанций. Все это повышает требования к экономичности и надежности работы основных агрегатов электростанции.
Вода и водяной пар являются теплоносителями в водном и водопаровом трактах ТЭС, ТЭЦ и АЭС. Для электростанций с блочной схемой установки агрегатов необходимость обеспечения длительной бесперебойном эксплуатации обусловлена тем, что повреждение или выход из строя хотя бы одного из элементов неизбежно вызывает выход из строя всего блока.
Даже кратковременный аварийный простой крупного блока из-за дефектов водного режима (длительная эксплуатация турбоагрегата при сниженных параметрах) повышает стоимость вырабатываемой электроэнергии.
Одним из факторов, обуславливающих важное значение водной проблемы, является значительный рост удельных тепловых нагрузок парообразующих труб котельного агрегата, что требует жесткого ограничения допустимой величины отложений на поверхностях нагрева в целях обеспечения надежного температурного режима металла этих поверхностей, а тем самым и продолжительности рабочего времени котельного агрегата. Для снижения отложений нужно свести к минимуму количество примесей, поступающих в водяной тракт электростанции, и в первую очередь продуктов коррозии основного оборудования и вспомогательного. Также должен быть организован систематический ввод в пароводяной тракт электростанции различных реагентов, которые уничтожают или ограничивают действие наиболее вредных примесей.
Так как турбины высокого давления очень чувствительны к загрязнению лопаток, то для избежания снижения мощности из-за заноса их проточной части отложениями требуется повысить качество пара.
С повышением параметров пара ускоряются физико-химические процессы накипеобразования, загрязнения пара и коррозии металла, что усложняет поддержание чистоты внутренних поверхностей котельного агрегата и проточной части паровых турбин, а также затрудняет обеспечение сохранности металла котлов, турбин и оборудования тракта питательной воды.
Таким образом, большое значение имеет подготовка воды на электростанции. Причем вопросы организации рационального водного режима ТЭС должны рассматриваться в тесной связи с их гидродинамическими характеристиками, процессами теплообмена в отдельных теплопередающих элементах и физико-химическими процессами загрязнения генерирующего пара.
Обращение воды в рабочем цикле тэс
Вода и водяной пар являются теплоносителями в водном и водопаровом трактах ТЭС, ТЭЦ и АЭС.
При решении водной проблемы ТЭС большое значение имеет то, что переход к высокому и сверхкритическому давлению значительно изменяет условия парообразования, теплообмена при кипении, гидродинамики паровой смеси в трубах котла, а также свойства самого рабочего тела.
К примеру, с повышением давления резко повышается плотность водяного пара, снижается скорость пароводяной смеси в парообразующих трубах, снижается поверхностное натяжение и вязкость воды, что способствует образованию накипи и коррозии.
С повышением плотности водяного пара повышается его способность к растворению различных химических соединений, содержащихся в котловой воде, что приводит к значительному выносу находящихся в воде неорганических примесей.
Вода на ТЭС применяется:
для производства пара в котлах, испарителях;
для конденсации отработавшего пара в конденсаторах паровых турбин и других теплообменных аппаратах;
для охлаждения продувочной воды и подшипников дымососов;
в качестве рабочего теплоносителя в теплофикационных отопительных сетях и сетях горячего водоснабжения.
Водяной пар, полученный в котлах, а затем отработавший в турбинах, подвергается конденсации или в виде пара пониженных параметров используется на производственных и коммунальных предприятиях для технологических процессов, отопления и вентиляции.
Рис. 1.1. Схема КЭС:
1 - паровой котел; 2 - паровая турбина; 3 - электрогенератор; 4 - водоподготовительная установка; 5 - конденсатор; 6 - конденсатный насос; 7 - конденсатоочистка (БОУ); 8 - ПНД; 9 - деаэратор; 10 - питательный насос; 11 – ПВД.
D ИСХ.В. - исходная вода.
D Д.В. - добавочная вода направляется в контур для восполнения потерь пара и конденсата после обработки с применением физико-химических методов очистки.
d Т.К. - турбинный конденсат, содержит небольшое количество растворенных и взвешенных примесей - основная составляющая питательной воды.
D В.К. - возвратный конденсат от внешних потребителей пара, используется после очистки в установке очистки обратного конденсата (7) от внесенных загрязнений. Является составной частью питательной воды.
Dп.в. - питательная вода, подается в котлы, парогенераторы или реакторы для замещения испарившейся воды в этих агрегатах. Представляет собой смесь D T . K , D Д.В. , D В.К. и конденсируется в элементах указанных агрегатов.
Рис. 1.2. Схема ТЭС:
1 - паровой котел; 2 - паровая турбина; 3 - электрогенератор; 4 - конденсатор; 5 - конденсатный насос; 6 - установка очистки возвратного конденсата; 7 - деаэратор; 8 - питательный насос; 9 - подогреватель добавочной воды; 10 - водоподготовка подпитки котлов; 11 - насосы обратного конденсата; 12 - баки возвратного конденсата; 13 - производственный потребитель пара; 14 - промышленный потребитель пара; 15 - водоподготовка подпитки теплосети.
D ПР - продувочная вода - выводится из котла, парогенератора или реактора на очистку или в дренаж для поддержания в испаряемой (котловой) воде заданных концентраций примесей. Состав и концентрация примесей в котловой и продувочной воде одинаковы.
D О.В. - охлаждающая или циркуляционная вода, используется в конденсаторах паровых турбин для конденсации отработавшего пара.
D В.П. - подпиточная вода тепловой сети, для восполнения потерь.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «КГЭУ»)
Кафедра ИЭР
Отчет по лабораторной работе
«Сравнительная оценка различных методов водоподготовки на ТЭЦ»
Выполнила: студент гр.ИЗ-1-10
Мелентьева А.А.
Проверила: Ситдикова Р.Р.
Цель работы: Сравнить методы водоподготовки на КТЭЦ-1 и КТЭЦ-2
1. Ознакомиться с методами водоподготовки на Казанской ТЭЦ-1 и Казанской Тэц-2;
2. На основе полученных данных, сделать вывод об их эффективности.
Водоподготовка - обработка воды, поступающей из природного водоисточника, для приведения её качества в соответствие с требованиями технологических потребителей. Может производиться на сооружениях или установках водоподготовки для нужд коммунального хозяйства, практически во всех отраслях промышленности.
Методы водоподготовки:
Удаление твердых частиц, фильтрация;
Умягчение воды;
Обессоливание и опреснение;
Снижение коррозийных свойств воды.
Удаление твердых частиц.
Выполняется с помощью подбора и монтажа фильтров грубой и тонкой очистки.
Умягчение воды .
Методы умягчения воды:
Термический способ;
Реагентное умягчение воды катионированием;
Магнитная и радиочастотная обработка воды.
Обессоливание и опреснение.
Для паровых котлов нередко требуется деминерализованная вода, т.е. полностью обессоленная вода. Часто для обессоливания воды используют совместный метод ионного обмена с обратным осмосом. Процесс обессоливания воды ионообменным методом заключается в замене катионов ионами водорода и анионов на ион гидроксила при последовательном фильтровании воды через катионитовый и анионитовый фильтр.
Снижение коррозийных свойств воды.
Кислород и углекислота - важнейшие факторы коррозии. Для снижения данных факторов применяют дозирование в воду реагентов и производят дегазацию.
Противоточная технология (Швебебед, Upcore) КТЭЦ-1
Эффект улучшения качества фильтрата и снижения расхода реагентов при противотоке достигается за счет того, что в первую очередь свежим раствором регенерируются наименее загрязненные выходные слои смолы. При этом избыток реагента в этих слоях, обеспечивающий глубину очистки воды, превышает расчетные в несколько раз. Кроме того, по мере продвижения регенерационного раствора в более истощенные слои создается равновесие между концентрацией десорбируемых ионов в растворе и слое, что исключает нежелательные повторные процессы сорбции-десорбции, характерные для параллельнотока.
Использование противотока в одну ступень позволяет получить минимальную остаточную концентрацию катионов жесткости. Причем нарастание последней идет плавно по мере истощения материала загрузки. При параллельнотоке минимальное и сравнительно высокое содержание удаляемых ингредиентов достигается уже при 40–60% истощения материала загрузки и далее резко возрастает.
Для реализации преимуществ противоточного ионирования необходимо обеспечить неподвижность слоя ионита во время рабочего цикла и регенерации, одновременно позволяя ему расширяться в период взрыхления. Нарушение распределения слоев смолы служит причиной серьезного ухудшения качества фильтрата и нивелирование эффекта противоточной технологии.
Исходной водой является озеро Кабан. В связи с этим, необходимо эксплуатировать установку предварительной очистки воды в соответствии с проектным решением – коагуляция в осветлителях, механическая фильтрация на осветлительных фильтрах. При использовании противоточной технологии (Швебебед, Upcore) снижается количество оборудования, удельных расходов реагентов и воды на собственные нужды.
На рассматриваемом предприятии используются фильтры с очисткой воды снизу вверх, а регенерацией сверху вниз. Такой фильтр состоит из корпуса (рис. 3), верхнего и нижнего дренажных устройств. Внутри корпуса находится слой ионита и специального плавающего инертного материала. Высота слоя ионита составляет около 0,9 от высоты рабочей зоны. Толщина слоя инерта должна обеспечивать полное закрытие верхнего дренажа.
Очистку воды производят при ее подаче снизу вверх. При этом слой ионита поднимается вверх и вместе со слоем инерта прижимается к верхнему дренажу. В нижней части фильтра образуется слой псевдоожиженного ионита, который является дополнительным распределителем для воды по сечению фильтра. Этот слой работает с раствором максимальной концентрации и полностью насыщается.
Для стабильной эффективной работы необходимо обеспечить равномерное распределение раствора по сечению фильтра и предотвратить перемешивание загрузки при работе и при остановках. Поэтому скорость раствора может колебаться от 10–20 до максимальной – 40–50 м/ч. При меньшей скорости слой может оседать и перемешиваться. При эксплуатации этих фильтров нежелательны перерывы в подаче раствора.
Регенерация такого фильтра отличается от прямоточной отсутствием операции взрыхляющей отмывки от взвесей.
Рис. 3. Принцип работы системы
а – очистка; б – регенерация; в – отмывка ионита от взвесей и измельченных частиц;
1 – корпус; 2 – верхний дренаж; 3 – слой инерта; 4 – ионит; 5 – нижний дренаж
При загрязнении слоя взвесями, обычно нижнего слоя, этот слой выводится из аппарата в специальную безнапорную колонну, где и отмывается. После отмывки он возвращается в аппарат. Одна промывная колонна может быть транспортабельной и обслуживать несколько фильтров.
Наряду с большей эффективностью регенерации ионитов в противотоке преимуществом такой конструкции является существенно большее количество ионита в одном корпусе, что позволяет либо увеличить продолжительность фильтроцикла, либо применять фильтры меньших габаритов.
Описание схемы подготовки химобессоленной воды на КТЭЦ -2
Мембранные технологии очистки воды – перспективные технологии очистки. В основу мембранной технологии очистки воды заложен натуральный природный процесс фильтрации воды.
Основной фильтрующий элемент установки - полупроницаемая мембрана. Мембранные методы очистки воды классифицируются по размерам пор мембран в следующей последовательности:
Микрофильтрация воды – размер пор мембраны 0,1-1,0 мкм;
Ультрафильтрация воды - размер пор мембраны 0,01-0,1 мкм;
Нанофильтрация воды - размер пор мембраны 0,001-0,01 мкм;
Обратный осмос – размер пор мембраны 0,0001мкм.
Примеси, размер которых превышает размер пор мембраны, при фильтрации физически не могут проникнуть через мембрану.
В отличие от традиционных методов очистки, требующих больших площадей, многошаговой обработки, мембранные технологии имеют преимущества: высокий уровень автоматизации, позволяющий снизить трудозатраты, повысить культуру производства, компактность оборудования. К недостаткам следует отнести высокую стоимость мембран и короткий срок эксплуатации мембран 5 лет.
Процесс мембранной фильтрации осуществляется в так называемом "тупиковом" режиме, т.е. вся вода, которая поступает на блок проходит через поры мембраны, на поверхности которой остаются все задержанные вещества.
В процессе фильтрации на поверхности мембран накапливаются отложения, вызывающие закупорку пор, что ведет к увеличению трансмембранного давления (разница давлений на входе и выходе) и снижению проницаемости мембран.Удаление отложений осуществляется периодической обратной промывкой фильтроэлементов. Обратная промывка проводится в две стадии: водо-воздушная с расходом осветленной воды 15 м3/ч в течение 2-х минут и водная с расходом осветленной воды 115 м3/ч в течение 2 минут. Показателем вывода воды на промывку является пропущенный объем воды через мембрану (50-80м3), задается в зависимости от качества исходной воды. Большая часть отложений удаляется при обратной промывке мембран осветленной водой, которая подается внутрь полых волокон, т.е. направление потока (по сравнению с процессом фильтрации) меняется на обратное.
С течением времени возникает ситуация, когда проведение периодических безреагентных промывок для восстановления первоначальных параметров будет недостаточно в виду особых свойств отложений и режима работы установки мембранной фильтрации. Для восстановления исходной проницаемости мембран проводится химическая промывка модулей.
Наиболее целесообразно использовать комбинированный метод, в две стадии – на первой стадии основную часть солей удаляют при помощи технологии обратного осмоса, на второй – финишная очистка методом ионного обмена с противоточной регенерацией.
Дополнительное преимущество обратного осмоса перед ионным обменом состоит в комплексном удалении загрязнений, в том числе органических, которые негативно влияют на ионообменные смолы и работу оборудования.
Осветленная вода после БМФ направляется в баки осветленной воды V=400м3 (2шт.). С баков осветленной воды БОВ №1,2 вода подается на установку обратного осмоса для получения частично-обессоленной воды.
Установка обратного осмоса (размер пор мембраны 0,0001мкм) на стадии частичного обессоливания воды предназначена для эффективного удаления растворенных примесей. Установка обратного осмоса состоит из 6 параллельно включенных модулей ˝Шарья П-70 00˝. Производительность одного модуля 60,0 м3/час.
Фильтрующие модули работают в режиме тангенциальной фильтрации. Осветленная вода в блоке обратного осмоса под давлением разделяется на два потока: чистого пермеата (60т/ч) и концентрата (20т/ч).
Для борьбы с отложением на мембранах обратного осмоса малорастворимых солей кальция, магния, органических веществ в исходную воду перед блоком вводятся специальные добавки - антискалянты. В качестве антискалянта используется ингибитор отложения солей «Акварезалт – 1030».
Для защиты мембран перед каждым блоком обратного осмоса установлены фильтры тонкой очистки (3 шт. перед каждым БОО), в каждом фильтре установлено 19 фильтрующих элемента. При перепаде давления на входе и выходе воды с фильтра фильтрующие элементы подлежат замене.
В процессе работы обратного осмоса на поверхности мембран обратноосмотических элементов постепенно накапливаются загрязнения. При увеличении рабочего давления на 10% от первоначального, вызванного отложением на поверхности обратноосмотических мембран малорастворимых солей, осуществляют химическую промывку. Для промывки используют блок химической промывки (БХП). В качестве растворов используют слабые растворы кислот, щелочей и моющих средств (типа Трилон Б).
Обессоливание воды путем ионного обмена заключается в последовательном фильтровании через Н-катионитный, а затем ОН-фильтры фильтры.
Эффективность обессоливания, сокращение удельных расходов реагентов, объема стоков достигается за счет применения современной противоточной технологии ионирования. При этом высокое качество очистки воды до требуемых показателей качества обессоленной воды обеспечивается одной ступенью ионирования.
Обрабатываемая вода вводится в фильтр через верхнее дренажно-распределительное устройство, после чего она проходит сквозь слой инертного материала, затем через активную смолу и выходит через нижнее дренажно-распределительное устройство.
Контроль качества воды после катионитного фильтра выполняется автоматически при помощи анализатора ионов натрия, установленного на стойке химического контроля на выходе из каждого фильтра.
Контроль качества воды после ОН- фильтра выполняется автоматически при помощи 4-х канального анализатора содержания кремниевой кислоты и кондуктометра, установленного на стойке химического контроля. Отбор проб осуществляется на выходе из каждого фильтра.
После пропуска заданного количества воды или при повышенном содержании ионов натрия в обработанной воде, Н-фильтр выводится автоматически на регенерацию. Показателем вывода на регенерацию ОН-фильтра является заданное количество пропущенной через фильтр воды, повышенное содержание эл. проводимости и кремнекислоты.
Общая продолжительность регенерации Н-фильтра составляет 1,72 ч, ОН-фильтра – 1,72 ч. На одну регенерацию расход 100 %-ной серной кислоты составит 0,471 тн; 100 %-ного едкого натра – 0, 458 тн.
После очистки на Н-ОН фильтрах обессоленная вода поступает в существующие баки обессоленной воды БЗК №1,2 (V=2000м3). С баков БЗК №1,2 (V=2000м3) насосами подачи обессоленной воды вода подается в распределительный коллектор турбинного цеха.
Осветленная вода из баков БОВ№1,2 при помощи насосов подается на декарбонизаторы. В напорную линию насосов дозируется серная кислота при помощи блока дозирования кислоты (БДСК). Необходимое количество кислоты контролируется при помощи pH-метра, установленного на трубопроводе. Доза кислоты зависит от индекса карбоатного. ПриИк= 4 (мг-экв/дм3)2 доза кислоты составляет 5 г/т, при Ик=3 (мг-экв/дм3)2 доза кислоты увеличивается до 75 г/т. Как известно индекс карбонатный завистит от работающего оборудования, температуры нагрева, рН подпиточной воды.
Декарбонизованная вода собирается в баках декарбонизованной воды БОВ №3,4 и далее насосами подается в существующие деаэраторы теплосети, затем деаэрированная вода собирается в баках запаса деаэрированной воды БЗДВ №1,2, откуда насосами подпитки теплосети подается в теплофикационную сеть. Так как рН обработанной воды после деаэраторов составляет 6,5-7,5 необходимо дозировать щелочь перед насосами подпитки теплосети.
Предварительная очистка воды на Казанской ТЭЦ-2 является общей для подготовки подпиточной воды установки подпитки теплосети и производства обессоленной воды для подпитки энергетических котлов.
Проект реализовывался в период с 2010 по 2011 гг. Проектная производительность составляет 300 м3/ч по обессоленной воде и 300 м3/ч по подпиточной воде тепловых сетей по схеме: микрофильтрация, обратный осмос и противоточное Н-ОН ионирование.
Заключение
Преимущества метода водоподготовки, применяемого на КТЭЦ-1
Транспортабельная колонна, которая может обслуживать несколько фильтров;
Большая эффективность регенерации ионитов;
Снижение количества оборудования, удельных расходов реагентов и воды на собственные нужды.
Преимущества метода водоподготовки, применяемого на КТЭЦ-2
Себестоимость химочищенной воды снижается в 1,22 раза, обессоленной в 1,67 раза;
Потребление серной кислоты снижается почти в 2,5 раза (с 318 тонн до 141 тонн), каустической соды (щелочь) почти в 9 раз (со 170 тонн до 19 тонн);
Исключение вообще такие хим.реагенты, как известь негашеная, потребление которой составляло 450 тонн, и купорос железный с потребностью в 160 тонн.
Основные требования наших Заказчиков в сфере водоподготовки для теплоэнергетики - безопасность, надёжность, экономичность, экологичность и качество оборудования и очищенной воды.
Ухудшение качества питательной воды в процессе водоподготовки ТЭЦ или ГРЭС ведёт к активной коррозии металла, образованию накипи и отложений на поверхностях нагрева, теплопередающих поверхностях, отложений в проточной части паровых турбин, шлама в оборудовании и трубопроводах. В этом случае работа энергообъектов становится неэкономичной и небезопасной.
Нормативная документация, устанавливающая требования к качеству водоподготовки для теплоэнергетики, жёстко регламентирует требования к питательной воде, к очистке конденсатов, к сбросам от ТЭЦ и ко всем видам работ: к проектированию, изготовлению, монтажу и ПНР водоподготовительного оборудования. Регламентирующие документы: ВНТП, ГОСТ, СНиП, МУ, СТО, РД, требования производителей котлового и турбинного оборудования и пр.
Экодар в своей деятельности руководствуется всей современной нормативной базой, благодаря чему наши Заказчики гарантированно получают оптимальные системы очистки воды, спроектированные, изготовленные, смонтированные, и отлаженные силами компании Экодар, полностью готовые к вводу в эксплуатацию.
Основные технологические решения по очистке воды и водоподготовке для теплоэнергетики применяются в зависимости от исходных условий и конечных требований. Так, для котлов низкого давления часто используются простые схемы умягчения с предочисткой. Для котлов среднего и высокого давления на ТЭЦ и ГРЭС применяются более сложные многоступенчатые схемы обессоливания с использованием нанофильтрации, и качество воды на выходе из ВПУ отвечает самым высоким требованиям.
Предварительная очистка:
осветление как в традиционных осветлителях, так и в осветлителях-флотаторах;
механическое фильтрование с помощью самопромывных сетчатых, дисковых, напорных и безнапорных осветлительно-сорбционных фильтров;
ультрафильтрация.
Обессоливание:
ионный обмен, прямоточный или противоточный, одно- или двух ступенчатый, в зависимости от качества исходной воды и конечных требований;
обратноосмотическое обессоливание, одно- или двухступенчатое.
Глубокое обессоливание:
ионообменные фильтры смешанного действия (ФСД);
мембранная электродеионизация.
В процессе разработки технологических схем очистки воды с использованием ультрафильтрации и нанофильтрации Экодар учитывает все возможности повторного использования конденсатов и дренажей, промывных вод, их очистки и возврата в цикл систем водоподготовки, поскольку и мы, и наши Заказчики ответственно относимся к окружающей среде и её защите.
Организация водооборотных циклов на объектах теплоэнергетики также требует профессионального и ответственного подхода. Экодар совместно со своими партнерами предлагает современные программы дозирования, контроля и стабилизации воды.
Понятие ультрафильтрации
Принцип ультрафильтрации основан на «продавливании» воды через полупроницаемую мембрану. Основное отличие данной технологии от традиционного объемного фильтрования заключается в том, что большинство задерживаемых частиц оседает на поверхности мембраны, создавая дополнительный фильтрующий слой, обладающий собственным сопротивлением. Ультрафильтрация позволяет удалить из воды взвешенные вещества, водоросли, микроорганизмы, вирусы и бактерии, а также значительно снизить мутность. Также данный способ очистки воды уменьшает ее цветность и окисляемость. Использование ультрафильтрации эффективно заменяет такие этапы водоподготовки, как отстаивание и осаждение.
Технология нанофильтрации
Технология нанофильтрации объединяет особенность ультрафильтрации и обратного осмоса. Для очистки воды путем нанофильтрации используют заряженные и электронейтральные полимерные мембраны, а также керамические мембраны, близкие по размерам пор к ультрафильтрационным. Благодаря ультратонкой полупроницаемой мембране задерживаются различные растворенные загрязнители, величина которых не превышает величину молекулы. В результате нанофильтрации происходит разделение жидкости на 2 части: концентрат соли и чистую воду.
При нанофильтрации используется мембрана, поры которой в 10–50 раз меньше пор мембраны для ультрафильтрации. Благодаря этому нанофильтрация позволяет исключить возможность проникновение микроорганизмов через мембранные элементы. Кроме этого, применяется более высокое (в 2–3 раза) давление для «проталкивания» воды. Естественно, технология нанофильтрации позволяет удалить любые загрязнения, которые удаляются с помощью механической очистки воды, микро- и ультрафильтрации.
Сравнение характеристик ультрафильтрации и нанофильтрации.
| № | Название метода | Рабочее давление, бар | Размер удаляемых частиц, АО (10–4 мкм) | Соотношение пермеат/исходная вода, % | Удаляемые из воды примеси |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 |
Ультрафильтрация |
1,0–4,5 | 80–2000 | 85–95 | Данный метод используется для удаления из воды взвешенных частиц, коллоидов, цист простейших, водорослей, бактерий, вирусов, высокомолекулярных органических веществ. |
| 2 |
Нанофильтрация |
3,5–20 | 8–100 | 50–75 | Нанофильтрация предназначена для очистки воды от взвешенных частиц и высокомолекулярных органических растворенных веществ. Также нанофильтрация удаляет 20–85 % растворенных неорганических веществ. |
Экодар – патентообладатель в области очистки воды, член СРО по проектированию и СМР. Гарантией качества, надежности, безопасности и экологичности являются наличие в компании Экодар интегрированной системы менеджемента (ИСМ), сертифицированной на соответствие требованиям ISO 9001-2011 и Р ИСО 14001-2007 и высокопрофессиональных отделов и служб:
Технологического отдела, разрабатывающего и внедряющего технологические схемы, осуществляющего всестороннее обследование объекта, пилотные испытания, и подготовку обоснования выбранных технических решений;
Теплоэнергоцентрали призваны обеспечивать город теплом и горячей водой. С их помощью генерируется энергия, которая питает заводы, магазины, жилые дома. Основной движущей силой теплоцентралей являются парогенераторы. И в отличие от обычных котельных, которые работают на воде, к качеству пара предьявляются требования намного выше. Таким образом, водоподготовка на ТЭЦ – удовольствие дорогое, и подлежит тщательной подготовке для правильного запуска в работу всей системы.
Оптимальная схема водоподготовки на мини ТЭЦ
Составит эффективную схему доведения воды до нужного качества на ТЭЦ вопрос многих миллионов денежных средств. Объемы очищаемой воды за каждый день огромны, качество входящей воды может быть разным, а бюджет на все эти входящие данные достаточно мал.
Лучше всего будет работать очистительная система с такими этапами, при условии забора воды из первичного источника, без какой либо первичной очистки.
Для получения высококачественного пара придется потрудиться. В чем принципиальная разница, между водоподготовкой на мини ТЭЦ и той же сферой на обычной котельной? Любая жидкость, попадающая в котел или парообразователь в обязательном порядке должна быть мягкой, как минимум. Причем воду очищают как до момента входа в систему, так и после выхода из системы. Связано это с тем, что после очищения остается масса отходов. И чтобы их скинуть, придется их дочистить.
Актуальность очистных схем доказывать не нужно. Они помогут обезопасить и трубы, и котлы, и непосредственно паровые турбины от коррозии и повреждений, вызванных ненужными примесями. Точно так же схема помогает решить проблему с образованием известкового налета. Собирать систему без привлечения специалистов достаточно рискованно. Можно легко вывести из строя свою рабочую установку или же получить недоочищенную воду.
Но и специалист может ошибаться. Любой человек должен чем-то подкреплять свои выводы. И прежде всего, это касается состава приборов. Сперва, нужно оценить состав воды, а потом предлагать варианты. Это правило должен помнить любой заказчик.
Так или иначе, но главной задачей любой теплоцентрали в любой стране по-прежнему остается применение более качественного сырья. И постараться потратить на всю эту процедуру, как можно меньше денег.
Специалисты на сегодня предлагают:
- Новые устройства очищения и умягчения;
- Использование окислителей для быстрого прохождения реакций;
- Использование нейтрализаторов для нивелирования негативного влияния коррозионных процессов, например.
Более всего на теплоцентралях в качестве доведения воды до этапа дегазации используют мембранный обратноосматический прибор. Это фильтр для тонкой чистки и работает только с подготовленной водой. Самый оптимальный прибор подобного рода поможет убрать почти все органические растворенные примеси, некоторые виды бактерий, и соли металлов.
Не менее важно воду для паровых турбин и обеззараживать. Если этого не делать, то очень быстро бактерии сделают свое черное дело. Поверхности турбин станут зелеными и скользкими.
Лучше всего в этом случае будет работать озонатор, как самый экологически чистый прибор. Он поможет получать деминерализованную воду с очень неплохой производительностью. И для этого не нужны химикаты. Озон, как известно, это кислород из трех атомов, который помогает окислять вещества, без выделения новых образований. Причем работает он, как с металлами, так и солями. Вода получается не только обеззараженной, но еще и насыщенной кислородом, что тоже дает свои плюсы. Озонатор потому массово используется в теплоцентралях и на мини ТЭЦ, что одним своим присутствием и работой помогает убрать из воды и лишние соли, и лишние ионы железа. После данного этапа, все, что понадобиться сделать - устранить растворенные газы. А в общем вода получается деминерализированной, и готовой к использованию. Плохо в озонировании то, что оно дорого стоит, перевозить генерирующие установки нельзя, да и затраты энергоносителей очень высокие. Потому массового использования у озонаторов пока нет.
Еще одной немаловажной особенностью современной и грамотной водоподготовки на ТЭЦ является автоматическое управление. На таких больших предприятиях обойтись без ручного управления очень важно. Люди – это постоянное возникновение проблем из-за пресловутого «человеческого фактора». Но и обойтись без них нельзя. Т.к. кто-то должен управлять и автоматами.
И еще одна очень важная проблема любой топливно-энергетической системы – известковые отложения. В мини ТЭЦ использовали в свое время и флокулянты с коагулянтами для устранения жесткости в полном объеме. Применяли и кипячение. Но тогда вся известь оставалась внутри котла. Облегчение для систем мини ТЭЦ настало только с изобретением безреагентных способов устранения известкового налета. Начиналась история с магнитного воздействия и ультразвука. Сегодня более, чем эффективно работают электромагнитные устранители накипного налета.
Особенности паровых теплоцентралей (ТЭЦ) и их очищения
Парогенераторы работают на исключительно чистом паре, избавленном от абсолютно любых примесей. Применение некачественного пара ведет к большим потерям при производстве, потерям КПД, и как следствие поломкам турбин. Потому качественная водоподготовка на ТЭЦ парового вида – одно из превалирующих направлений работы.
Огромную роль здесь играет метод устранения примесей из воды. Есть в работе подобного оборудования такая особенность, как зависимость очистных сооружений от страны-производителя паровых турбин и сопутствующего оборудования. При этом важно еще сохранять хрупкий баланс состава воды в паровых котлах.
Наиболее удобными очистными установками для такого вида теплоцентралей являются комплексные (например, комплекс Gendos ). С их помощью из воды можно устранить большее количество вредных примесей, и при этом химикаты будут впрыскиваться контролировано и дозировано и в автоматическом режиме. При работе с дезинфекторами, впрыскиваемые в воду реагенты можно менять, для обеспечения оптимальной очистки.
Кроме огромного вреда, который приносит паровому оборудованию комплекс солей, есть еще соли железа, которые дают свой вклад в этот вред. могут привести и к коррозии, и к ржавчине. И как следствие, к поломке оборудования.
Классический набор фильтров для систем водоподготовки на ТЭЦ обязательно должен включать и умягчители. Первичная вода из систем водоснабжения может обладать разными включениями, даже при обязательном условии, что такую воду чистят. Чаще всего включаются жесткость, соли железа и иногда бактерии.
Многие считают, что бактерии – это обязательно вирусы или болезнетворные бактерии, или бактерии гниения. Но сегодня очень часто в оборудовании постоянно работающем с водой есть еще и железистые бактерии. Вот они тоже могут создавать очаги заражения, только бороться с ними можно несколько иными путями. Иногда могут помочь и специальные флокулянты, впрыскиваемые в систему.
Что поможет исправить ситуацию с превышением концентрации солей железа? Как известно, они могут быть трех видов – двухвалентного железа, трехвалентного железа и железных бактерий. Трехвалентное железо самое удобное для выведения. Оно уже имеет окисленную форму и быстро выпадает в осадок.
В это же время двухвалентное присутствует в воде в виде растворенных солей. И самая большая сложность начинается тогда, когда нужно преобразовывать его в трехвалентное, то есть выпадающее в осадок. Для этого есть реагенты и есть окислители в виде воздуха. В теплоцентралях больше всего применяют безреагентные окислители, это безопаснее для турбин, да и меньше вопросов потом с устранением осадков и излишков, добавленных реагентов.
Обойтись без докотловой обработки воды котельные не могут. Это четко указано и в стандартах и в постановлениях гос. надзора. Любая теплоэнергоцентраль должна подобрать компанию, которая будет выполнять услуги по разработке и монтажу докотловой системы обработки воды.
Есть еще такое понятие, как внутрикотловая обработка подпиточной воды. Ее применяют для неэкранированных котлов на ТЭЦ с малой паропроизводительностью, при условии, что они работают на твердом топливе. При этом максимальный порог жесткости составляет 3 милиграмма на экв. литр.
Умягчать воду в таких системах не так принципиально, как предотвратить образование и развитие накипного осадка. Поэтому поиск умягчающих систем должен вестись именно в направлении очистителей от осадка. Но для этого подойдет и сам принцип умягчения – то есть устранения или преобразования солей жесткости. Лучше всего в использовать катионные фильтры или электромагнитные.
Еще одной проблемой при очистках воды является уровень кислотно-щелочного баланса. При умягчении он сильно снижается, а при высокой степени загрязнения он высок. Поэтому поддерживать нужный уровень следует постоянно. Если этого не делать, то стимулируется развитие коррозии. Так, что для нормальной работы ТЭЦ воду придется подщелачивать. Для этого в систему водоподготовки на ТЭЦ монтируют специальный датчик уровня. Вот он при превышении уровня будет впрыскивать в систему необходимое количество щелочи.
Для получения воды с очень высокой степенью очистки могут применять двухступенчатые установки мембранного типа, что позволяет получить практически пустую воду, без органических примесей. Останется только избавить ее от растворенных газов. Так, что обработка воды для энергоцентралей намного хлопотнее, чем любые другие системы, даже для крупных металлургических предприятий.